固定化微生物技術(shù)處理重金屬?gòu)U水的研究

陳壁珠（江門市新會(huì)區(qū)環(huán)保服務(wù)公司,廣東　江門　529100）

固定化微生物技術(shù)處理重金屬?gòu)U水的研究

陳壁珠
（江門市新會(huì)區(qū)環(huán)保服務(wù)公司,廣東江門529100）

一般情況下，直接使用游離微生物細(xì)胞吸附廢水的重金屬離子，由于其密度小，強(qiáng)度低，顆粒直徑小，易被水流沖走、利用率低下等，難以直接用于實(shí)際生產(chǎn)。與離子交換相比，能夠起到生物離子交換樹(shù)脂作用的固定化微生物富集水體中的重金屬，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。

吸附;固定化;重金屬;海藻酸鈉

0　引言

目前，處理重金屬?gòu)U水的固定化微生物技術(shù)其研究的重點(diǎn)是尋找對(duì)某種金屬具有高選擇性的吸附劑。研究發(fā)現(xiàn)死細(xì)胞或是“半存活”、“半完整”狀態(tài)的細(xì)胞吸附金屬時(shí)甚至具有更高的效率，這一特點(diǎn)能夠使由高濃度金屬離子對(duì)活生物體毒性作用而導(dǎo)致其應(yīng)用受到限制的問(wèn)題得到很好的解決。

1　廢水處理中固定化微生物技術(shù)的具體應(yīng)用分析

采用化學(xué)或物理手段后，固定化微生物技術(shù)能于限定的空間區(qū)域?qū)⒂坞x微生物定位，提高生物體的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，使之不懸浮于水但仍保持生物活性，生物體易于在不被破壞的情況下得到再生和重復(fù)利用。

1.1固定化微生物的制備方式

固定化微生物的方式有四種，包括吸附法、包埋法、共價(jià)結(jié)合法和交聯(lián)法。

吸附法借助帶電的微生物細(xì)胞和載體之間的靜電、表面張力和粘附力的作用，通過(guò)固定微生物細(xì)胞在載體表面和內(nèi)部的方式形成生物膜。

微生物被包埋在凝膠的微小格子或微膠囊等有限空間內(nèi)不能離開(kāi)，但是產(chǎn)物處在能夠自由進(jìn)出的狀態(tài)的就是包埋法。凝膠包埋法、纖維包埋法和微膠囊法是常用的包埋法，由于其具有對(duì)細(xì)胞活性影響小的優(yōu)勢(shì)，所以固定化細(xì)胞時(shí)最常用。

利用含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能基團(tuán)的試劑與微生物細(xì)胞表面的反應(yīng)基團(tuán)如梭基等發(fā)生反應(yīng)，再依靠共價(jià)鍵的結(jié)合力交聯(lián)成細(xì)胞之間的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方式就是交聯(lián)法。但此方法會(huì)導(dǎo)致微生物反應(yīng)活性損失很大，并且考慮到交聯(lián)劑比較貴，所以此方法并不常用。

1.2分析固定化微生物的載體特點(diǎn)

影響所固定細(xì)胞的生物活性和體系傳質(zhì)性能的直接因素即載體的物理化學(xué)性質(zhì)。載體的基本條件和特性：可再生并可重復(fù)使用；固定化方法費(fèi)用低；較高的機(jī)械強(qiáng)度，傳質(zhì)阻力小；與微生物的固定結(jié)合強(qiáng)度高，能耐水力波動(dòng)的沖擊；固定后的微生物聚集度高，活性損失少，穩(wěn)定性高；載體對(duì)微生物無(wú)毒，抗微生物分解。

有機(jī)高分子載體和無(wú)機(jī)載體是載體的兩種形式。有機(jī)高分子載體有天然高分子凝膠載體和合成有機(jī)高分子凝膠載體，天然高分子凝膠一般對(duì)生物無(wú)毒，如瓊脂、明膠海藻酸鈉等，具有較好的傳質(zhì)性能。不足的是強(qiáng)度較低，處在厭氧條件下時(shí)易被分解。有機(jī)合成高分子凝膠載體相較于天然高分子凝膠載體強(qiáng)度較大，但是具有較差的傳質(zhì)性能，容易對(duì)細(xì)胞固定時(shí)的細(xì)胞活性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致細(xì)胞失活。無(wú)機(jī)載體大多具有多孔結(jié)構(gòu)，固定微生物是通過(guò)利用吸附作用和電荷效應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)的。

2　固定化載體海藻酸鈉在重金屬?gòu)U水治理的作用

海藻酸鈉(CH 0COONa)是海藻酸的鈉鹽，含有游離羧基(一COONa)，是一種鏈狀高分子雜聚物，由甘露糖醛酸和古羅糖醛酸共聚而成。

2.1是直接吸附重金屬的吸附劑

海藻酸鈉分子中含有大量能夠與金屬離子發(fā)生反應(yīng)的游離的羧基。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)汞、銅、鎘等重金屬離子，海藻酸鈉都具有一定的吸附性能。

2.2是固定化微生物的載體

海藻酸鈉是一類對(duì)微生物無(wú)毒害作用的天然高分子多糖類化學(xué)物質(zhì)。海藻酸鈉包埋法成型方便，對(duì)微生物毒性小，固定化細(xì)胞密度高。但不足是海藻酸鈉的濃度對(duì)固定化細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度、質(zhì)量傳遞等有影響，進(jìn)而對(duì)微生物或酶的活性產(chǎn)生一定影響。

3　影響吸附的因素

為了使生物處在最佳的吸附條件下，就必須找出影響生物吸附的因素，從而保證吸附效果優(yōu)良穩(wěn)定。一般認(rèn)為吸附時(shí)間、pH值、金屬離子濃度與吸附劑用量的比值、溫度等都會(huì)對(duì)固定化生物吸附的效果產(chǎn)生影響。

3.1 影響因素一：pH值

pH值主要通過(guò)影響生物吸附劑結(jié)合重金屬的活性位點(diǎn)以及重金屬溶液的化學(xué)反應(yīng)而最終對(duì)生物的吸附效果產(chǎn)生影響。pH處于過(guò)低值時(shí)，重金屬吸附活性位點(diǎn)會(huì)受到溶液中大量水和氫離子的競(jìng)爭(zhēng)，使菌體細(xì)胞壁質(zhì)子化，導(dǎo)致細(xì)胞表面的靜電斥力增大；pH值比金屬離子微沉淀上限高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致重金屬離子輕微的沉淀現(xiàn)象出現(xiàn)，影響吸附的進(jìn)行。pH值為5.5時(shí)，大多數(shù)重金屬會(huì)出現(xiàn)輕微沉淀，由此可見(jiàn)，pH值過(guò)高會(huì)影響生物吸附效果。

3.2影響因素二：溫度

溫度對(duì)生物吸附的影響并不顯著。溫度通過(guò)影響生物吸附劑的生理代謝活動(dòng)、基團(tuán)吸附熱動(dòng)力和吸附熱容等因素來(lái)影響生物的吸附效果。溫度過(guò)高會(huì)使生物吸附劑的活性位點(diǎn)遭到破壞，同時(shí)使操作成本增加。

3.3影響因素三：吸附時(shí)間

生物材料吸附重金屬離子的階段分為兩個(gè)，第一階段吸附效果較快，在幾十分鐘內(nèi)就能使最終吸附量達(dá)70%左右；第二個(gè)階段吸附效果緩慢，在這一階段要想達(dá)到最終吸附量通常需要幾個(gè)小時(shí)。因此，吸附時(shí)間對(duì)吸附效果也有一定影響。

3.4影響因素四：吸附劑粒徑大小

金屬離子在吸附劑中的內(nèi)擴(kuò)散及吸附劑內(nèi)表面積的利用狀況導(dǎo)致吸附劑粒徑的大小會(huì)對(duì)吸附效果產(chǎn)生影響。太大或太小的吸附劑粒徑都會(huì)對(duì)吸附處理造成不利影響。粒徑大的吸附劑吸附性能較好，粒徑小的吸附劑相較于粒徑大的具有較強(qiáng)的耐壓能力。

3.5影響因素五：共存金屬離子

溶液中存在著目標(biāo)離子，即溶液中欲被分離出的金屬離子，目標(biāo)離子和其他能夠結(jié)合到吸附位點(diǎn)上的金屬離子稱為競(jìng)爭(zhēng)性陽(yáng)離子。競(jìng)爭(zhēng)吸附的發(fā)生條件是吸附體系中存在多種金屬離子。陰離子和生物細(xì)胞壁對(duì)金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)是陰離子對(duì)金屬離子吸附效果影響的來(lái)源，導(dǎo)致金屬離子吸附量下降。

3.6 影響因素六：重金屬離子濃度

金屬離子濃度和生物量之比會(huì)影響重金屬離子的吸附過(guò)程。當(dāng)保持生物吸附劑投加量不變時(shí)，重金屬離子初始濃度增加則吸附劑的吸附能力隨而增大；重金屬離子初始濃度保持不變，生物吸附劑投加量的增加，吸附劑的吸附能力則隨而減小。

4　結(jié)束語(yǔ)

在運(yùn)用當(dāng)前的固定化微生物處理重金屬?gòu)U水技術(shù)時(shí)，要結(jié)合工程的實(shí)際情況，全面考慮實(shí)際的工程環(huán)境，靈活運(yùn)用技術(shù)方法，爭(zhēng)取獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)固定化微生物處理重金屬?gòu)U水技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

[1]陳文賓，胡慶昊，殷磊，許興友.馬衛(wèi)興海藻酸鈉固定化鞘氨醇單胞菌生物吸附去除養(yǎng)殖海水中重金屬的研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(06).